细胞生物学课程第12章(医学院)

二、受体

受体： 指一类存在于细胞膜或胞内的特殊蛋白质，能够特异 性的同激素、神经递质、药物或细胞内的信号分子结 合并能引起细胞功能变化的生物大分子。

配体：被受体结合的生物活性物质都称为配体。
（一）受体的种类
细胞内受体： （胞内受体）：介导亲脂性信号分子的信息传递，如 胞内的甾体类激素受体。 细胞表面受体： （膜受体）：介导亲水性信号分子的信息传递。 可分为： ①离子通道型受体； ②G蛋白耦联型受体； ③酶耦联型受体。
又称双信使途径。 信号分子与G蛋白耦联受体结合，激活质膜
上的磷脂酶 C （ PLC-β ），使 4 ， 5- 二磷酸
磷脂酰肌醇（PIP2）水解成IP3和DAG。
磷脂酰肌醇信号通路
“双信使系统”反应链：胞外信号分子→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→
→IP3→胞内Ca2+浓度升高→Ca2+结合蛋白(CaM)→细胞反应 磷脂酶C(PLC)→ →DG→激活PKC→蛋白磷酸化或促Na+/H+交换使胞内pH
1.鸟苷酸环化酶（GC)
2.
cGMP依赖性激酶G(PKG)
结构： 催化亚基和调节亚基组成的二聚体 功能：

通过催化底物蛋白（组蛋白、磷酸化酶激酶、糖原合成酶及丙酮酸激 酶等）发挥生物学效应 通过磷酸转移酶作用，使自身磷酸化，进而通过抑制方式来调节自身 活性。

催化机制及细胞效应：
？
3. cGMP的主要作用
N端，配体结构域，配体是可溶性或膜 结合的多肽或蛋白类激素，包括胰岛素 和多种生长因子。 跨膜区： 单次跨膜的疏水α 螺旋区，22-26氨基 酸构成。 胞内区： 酪氨酸蛋白激酶的催化部位，并具有自 磷酸化位点。具有聚合ATP和结合底物 的位点。
（2）酪氨酸蛋白激酶型受体作用过程
① ②
③
受体在没有同信号分子结合时是以 单体存在的，并且没有活性; 信号分子同细胞外结构域结合→形 成二聚体→尾部的酪氨酸残基磷酸 化→尾部装配成SH2（Src同源序列 结构域2）的结合位点。 SH2结合位点通过结合不同的蛋白 以几种不同的信号转导途径,扩大 信息，激活细胞内一系列的生化反 应，引起细胞的应答（如细胞增 殖）。
功能：配体主要为一些生长 因子和分化因子，在参与细 胞生长和分化的调控中起重 要作用。
（二）胞内受体（胞浆受体和核受体）
胞内受体通常为400-1000个氨基酸组成的单体蛋白 （DNA结合蛋白）
功能：作为基因转录调节蛋白 与配体结合→分子构象改变→进 入功能活化状态→DNA结合区与 DNA分子上的激素调节元件结合 →促进或抑制基因转录
信号分子的分类
脂溶性信号分子 （如甾类激素和甲状腺素）可直接穿膜进入靶细胞，与胞内 受体结合形成激素-受体复合物，调节基因表达。 水溶性信号分子 （如神经递质）不能穿过靶细胞膜，只能经膜上的信号转换 机制实现信号传递。 根据与受体结合后细胞所产生的效应不同分类： 激动剂：使细胞产生效应的物质 拮抗剂：不产生效应，但可阻碍激动剂作用的物质
分子开关（molecular switches）
（3）G蛋白作用过程
GTP-binding regulatory protein
（4）信号转导中G蛋白的生物学特性
（5）细菌毒素对G蛋白的修饰作用

霍乱毒素能催化ADP核糖基共价结合到Gs的α 亚基上，致使α 亚基丧失 GTP酶的活性，结果GTP永久结合在Gs的α 亚基上，使α 亚基处于持续活 化状态，腺苷酸环化酶永久性活化。导致霍乱病患者细胞内Na+和水持续 外流，产生严重腹泻而脱水。
结构：糖蛋白 2个疏水区域（M1、M2）每一疏水区域均跨膜6次 2个胞质区域（C1、C2）：是ATP结合及具酶活性的部位， 其氨基酸组成高度保守。 功能：
被G蛋白激活后催化ATP生成cAMP
Adenylate cyclase
2. cAMP依赖性蛋白激酶A（PKA)
PKA是能被cAMP活化的蛋白激酶A，cAMP信号途径又 称PKA系统，是蛋白激酶A系统的简称。 结构：C2R2四聚体
（1）分类与作用过程
离子通道型受体分类： 阳离子通道：如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体， 阴离子通道：如甘氨酸和γ －氨基丁酸的受体。 作用过程：

神经递质与受体的结合→改变通道蛋白的构象→离子通道的开启或关闭→化 学信号转换为电信号→改变突触后细胞的兴奋性。如：乙酰胆碱受体。
Chemical synapse
Cell surface receptors
1.离子通道型受体
结构特点： 由多个亚基组成的多聚体，每个亚基具有2、4 或5个跨膜域，可供离子通过。
作用特点： 既可与细胞外信号分子结合，同时又是离子通道， 因此具有受体与离子通道藕联的特点。 介导的信号转导反应是一种快速的反应，为神经 系统和其他电激发细胞，如肌细胞所特有。
（6）其他类型的G耦联型受体
视觉感受器中的G蛋白：

光信号→Rh激活→G蛋白活化→cGMP磷酸二酯酶激活→胞内cGMP减 少→Na+离子通道关闭→膜超极化→神经递质释放减少→视觉反应。
3.酶耦联型受体
分为两种情况：


本身具有激酶活性，如EGF，PDGF等的受体； 本身没有酶活性，可以连接酪氨酸激酶，如细胞因子受体超家族。

环磷酸腺苷（cAMP）是细胞内最重要的信使分子。 在细胞内， cAMP由细胞膜上的腺苷酸环化酶（AC） 催化合成，并可被磷酸二酯酶水解。 在cAMP信号途径中，细胞外信号与相应受体结合， 调节腺苷酸环化酶活性，通过第二信使cAMP水平的 变化，将细胞外信号转变为细胞内信号。

1.腺苷酸环化酶（AC）
第一节 细胞的信号转导


信号转导：信号分子与细胞膜上或胞内的受体结合，信号经转换 后传递给胞内系统，使细胞作出适当反应的过程。 胞内存在多种信号转导的途径，彼此交叉调控，构成信号网络。
FUNCTIONS OF CELL COMMUNICATION
Gene transcription
Cell proliferation
已知六类： ①受体酪氨酸激酶、 ②受体酪氨酸磷脂酶、 ③受体鸟苷酸环化酶、 ④受体丝氨酸/苏氨酸激酶
⑤酪氨酸激酶连接的受体、
受体的共同点：
⑥组氨酸激酶连接的受体。
①通常为单次跨膜蛋白； ②接受配体后发生二聚化而激活，起动其下游信号转导。
（1）酪氨酸蛋白激酶型受体（TPKR）
一条多肽链构成的跨膜糖蛋白，具 有酪氨酸激酶活性。 结构特点: 胞外区：


• •
激活cGMP依赖性蛋白激酶G （PKG），使相应的蛋白磷 酸化，引起细胞效应。 视杆细胞中，在光信号存 在时，cGMP可关闭Na+离子 通道，细胞超极化而产生 视觉。 生物学作用特点： 与cAMP 相拮抗 cAMP——促进分化 cGMP——促进分裂
（三）二脂酰甘油/三磷酸肌醇信使体系
（2）G蛋白



G蛋白又称三聚体GTP结合调节蛋白，位于质膜胞质侧， 在信 号转导过程中起着分子开关的作用。由α 、β 、γ 三个亚基 组成，当α 亚基与GDP结合时处于关闭状态，与GTP结合时处 于开启状态。 分类：
激动型G蛋白（Gs）：激活腺苷酸环化酶； 抑制型G蛋白（Gi）：抑制腺苷酸环化酶； 磷脂酶C型G蛋白（Gp）：激活磷脂酶C；
Acetylcholine receptor
Three conformation of the acetylcholine receptor
Ion-channel linked receptors in neurotransmission
乙酰胆碱N受体（260KD）
外周型：5个亚基组成（2） 调节主要为亚基变化 通道开启：Na+ 内流，K+外流， 膜去极化。
Inositol phospholipid signaling
Mimicked by ionomycin
PIP2 Hydrolysis
DAG激活蛋白激酶 C：PKC位于细胞 质，Ca2+浓度升 高时PKC转位到质 膜内表面，被DG 活化。 IP3开启胞内IP3门 控钙通道：Ca2+ 浓度升高，激活钙 调蛋白，CaM将靶 蛋白（如：CaMKinase）活化。
cAMP信号途径可表示为：
激素→受体→G蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→
蛋白激酶A→基因调控蛋白→基因转录。
霍乱毒素能催化ADP核糖基共价结合到Gs
的α亚基上，使α亚基持续活化，导致患者
细胞内Na+和水持续外流，产生严重腹泻而
脱水。
不同细胞对cAMP信号途径的反应：
在肌肉细胞，1秒钟内可启动糖原降解为葡糖1-
磷酸，而抑制糖原合成。
在某些分泌细胞，需要几个小时， 激活 response
element ）结合蛋白磷酸化，调节相关基因的
表达。CRE是DNA上的调节区域。
（二）cGMP信使系统
环磷酸鸟苷（cGMP）是广泛存在与动物细胞
内的胞内信使分子。 在细胞内， cGMP由细胞膜上的鸟苷酸环化酶 （GC）催化合成，并可被磷酸二酯酶水解。
Cell survival Cell death Cell differentiation Cell function Cell motility Immune responses
一、细胞外信号
第一信使：由细胞分泌的，能够调节机制功
能的一大类生物活性物质，他们是细胞间通 讯的信号。 从化学性质来看：短肽、蛋白质、气体分子 （NO、CO）以及氨基酸、核苷酸、脂类和胆 固醇衍生物等等 特点：①特异性；②高效性；③可被灭活。
第十二章 细胞的信号转导
学习目的与要求
1. 2. 3. 4.
5.